基因的概念及发展课件.ppt

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1、现在学习的是第1页，共40页2001 Human genome sequenced早期概念早期概念经典概念经典概念基因概念的发展基因概念的发展基因概念的多样性基因概念的多样性现在学习的是第2页，共40页一、早期的基因概念一、早期的基因概念1.1.融合遗传理论融合遗传理论 (Blending Inheritance,Hippocrates,希希波克拉底波克拉底,公元前公元前460-375)基本论点：基本论点：遗传因子或遗传物质相遇的时候，彼此会相互混合，相互融化，遗传因子或遗传物质相遇的时候，彼此会相互混合，相互融化，而成为中间类型的东西。而成为中间类型的东西。现在学习的是第3页，共40页2.2

2、.获得性遗传理论获得性遗传理论 (Inheritance of acquired characteristics,Lamarck,拉马克拉马克,1809),1809)物种的形成是对环境的适应过程，后天所获得的性状物种的形成是对环境的适应过程，后天所获得的性状(character)可以遗传给下一代。可以遗传给下一代。例如长颈鹿的祖先是短颈的，因为地上的草不够，它们需例如长颈鹿的祖先是短颈的，因为地上的草不够，它们需要伸长颈部去吃树上的叶，那么下一代的颈就会变长。如要伸长颈部去吃树上的叶，那么下一代的颈就会变长。如此一代一代伸长下去，就变成今天的此一代一代伸长下去，就变成今天的长颈鹿。长颈鹿。用进

3、废退用进废退 否定遗传物质的存在否定遗传物质的存在现在学习的是第4页，共40页3.3.泛生论假说泛生论假说 （hypothesis of the pangenesis,Darwin,1866）体内的各类细胞中，均具有代表其自身的体内的各类细胞中，均具有代表其自身的胚芽胚芽。杂种内的镶嵌特征是亲本胚芽混合所致。杂种内的镶嵌特征是亲本胚芽混合所致。他认为在生活周期的任何阶段细胞都可放出胚芽，胚芽他认为在生活周期的任何阶段细胞都可放出胚芽，胚芽随血液循环到达生殖细胞，并传递给后代。随血液循环到达生殖细胞，并传递给后代。现在学习的是第5页，共40页4.4.种质论种质论（Theory of germpl

4、asm,Weismann，1885）u多细胞生物的细胞可分为多细胞生物的细胞可分为“体质体质”和和“种质种质”u后天获得性只能改变体质（后天获得性只能改变体质（Somatoplasm,体细胞），体细胞），无法改变种质（无法改变种质（Germplasm,生殖细胞）生殖细胞）u只有种质才能遗传只有种质才能遗传这一学说为日后的染色体遗传理论和基因学说的建立提供了基本这一学说为日后的染色体遗传理论和基因学说的建立提供了基本的理论框架，使的理论框架，使 Weismann 成为现代遗传学的伟大先驱成为现代遗传学的伟大先驱 现在学习的是第6页，共40页5.5.遗传因子假说遗传因子假说 （Hypothesis

5、 of the inherited factor,Mendel GJ,1865)l遗传性状由遗传因子决定遗传性状由遗传因子决定l遗传因子成对存在遗传因子成对存在l生殖细胞中具有成对因子中的一个生殖细胞中具有成对因子中的一个l每对因子分别来自雌雄亲代的生殖细胞每对因子分别来自雌雄亲代的生殖细胞l形成生殖细胞时，成对因子相互分离形成生殖细胞时，成对因子相互分离l生殖细胞的结合是随机的生殖细胞的结合是随机的l遗传因子有显隐性之分遗传因子有显隐性之分现在学习的是第7页，共40页孟德尔定律：孟德尔定律：u分离定律（分离定律（Law of segregation）u自由组合定律（自由组合定律（Law of

6、 independent assortment）否定了融合遗传、泛生论及获得性遗传理论否定了融合遗传、泛生论及获得性遗传理论为颗粒遗传理论（为颗粒遗传理论（particulate theary of inheritance）奠定了基础）奠定了基础19001900年，孟德尔定律被重新发现年，孟德尔定律被重新发现18791879年德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体。年德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体。19031903年美国细胞学家萨顿发现了遗传因子与染色体的平行关年美国细胞学家萨顿发现了遗传因子与染色体的平行关系，提出了遗传的染色体学说。系，提出了遗传的染色体学说。现在学习的是第8页，共

7、40页Theory of the GeneThomas Hunt Morgan 1926二、经典的基因概念二、经典的基因概念（classical theory of gene）遗传因子遗传因子基因（基因（gene）现在学习的是第9页，共40页经典基因概念经典基因概念 基因是染色体上的实体基因是染色体上的实体 基因象念珠基因象念珠(bead)状孤立地呈线性排列在染色体上状孤立地呈线性排列在染色体上 基因是基因是“三位一体三位一体”(Three in one)交换交换(cross-over unit)突变突变(mutation unit)功能功能(functional unit)“三位一体三位一体

8、”的的 最小的最小的 不可分割的不可分割的基本的基本的遗传单位遗传单位 现在学习的是第10页，共40页 交换单位：基因间能进行重组，而且是交换的最小交换单位：基因间能进行重组，而且是交换的最小单位。单位。突变单位：一个基因能突变为另一个基因，产突变单位：一个基因能突变为另一个基因，产生生等位基因等位基因。A a 功能单位：控制有机体的性状。功能单位：控制有机体的性状。(1926 T.H.Morgan)现在学习的是第11页，共40页ALFRED HENRY STURTEVANTNovember 21,1891April 5,1970三、基因概念的发展三、基因概念的发展1.1.位置效应（位置效应（

9、position effect）一个基因随着染色体畸变而改变一个基因随着染色体畸变而改变它和邻近基因的位置关系，从而改变它和邻近基因的位置关系，从而改变了表型效应的现象称位置效应。了表型效应的现象称位置效应。-可能是随着位置的改变也改变了可能是随着位置的改变也改变了和和55端调控元件的关系和距离，从端调控元件的关系和距离，从而影响了基因的表达。而影响了基因的表达。现在学习的是第12页，共40页果蝇的复眼数目果蝇的复眼数目野生型果蝇的复眼大约由野生型果蝇的复眼大约由779个左右的红色小眼所组成个左右的红色小眼所组成现在学习的是第13页，共40页Position effects on gene e

10、xpression.Position effects can be observed for the Drosophila white gene.Wild-type flies with a normal white gene have red eyes.(After L.L.Sandell and V.A.Zakian,Trends Cell Biol.2:10-14,1992.)(euchromatin,常染色质常染色质)异染色质异染色质现在学习的是第14页，共40页Illustration of the different sizes of compound eyes of the fe

11、male Drosophila melanogaster as caused by the varying numbers of facets.The size of the eye is influenced by the position effect 果蝇的果蝇的X X染色体上染色体上16A16A区段区段 果蝇眼面大小遗传的剂量效应和位置效应果蝇眼面大小遗传的剂量效应和位置效应779358452568现在学习的是第15页，共40页染色体上紧密连锁，控制同一性状的非等位基因染色体上紧密连锁，控制同一性状的非等位基因A B b a A B a b A b a B 与等位基因的区别？与等位基因

12、的区别？野生型突变型野生突变型突变野生型自然分离自然分离重组交换重组交换现在学习的是第16页，共40页野生型（野生型（wild type）突变型（突变型（mutation type）根据表型标准被认为是两个根据表型标准被认为是两个等位基因等位基因的突变型可以发生重组得的突变型可以发生重组得到野生型到野生型现在学习的是第17页，共40页顺式排列（顺式排列（cis）：）：两个拟等位基因在同一条染色体上，另一条同源染色体的相两个拟等位基因在同一条染色体上，另一条同源染色体的相对位置上排列着野生型基因，表现为野生型。对位置上排列着野生型基因，表现为野生型。反式排列（反式排列（trans）两个拟等位基因

13、分别位于两条同源染色体上（野生型基因两个拟等位基因分别位于两条同源染色体上（野生型基因也位于两条不同同源染色体上），使两条染色体都是有缺陷也位于两条不同同源染色体上），使两条染色体都是有缺陷的，表现为突变型。的，表现为突变型。顺反效应（顺反效应（cis-trans effect）现在学习的是第18页，共40页a1和和a2是否为同是否为同一基因？一基因？互补试验互补试验对于反式：对于反式：现在学习的是第19页，共40页T4噬菌体噬菌体 rII突变型的互补实验突变型的互补实验rA突变体突变体单独入侵单独入侵rB突变体单独入侵突变体单独入侵rA、rB突变体同时入侵突变体同时入侵现在学习的是第20页，

14、共40页基因的顺反子测试示意图基因的顺反子测试示意图A和和B是否为同一基因？是否为同一基因？正正常常正正常常正正常常突突变变现在学习的是第21页，共40页A b1 A b2 a1 BA b2MutantWild type 同舟共济同舟共济爱莫能助爱莫能助不同的不同的非等位基因非等位基因 同一等位基因同一等位基因 功能互补效应功能互补效应的测验体系的测验体系具有具有 不具有不具有 突变突变位点位点 处于处于 现在学习的是第22页，共40页顺反子假说（顺反子假说（Theory of cistron）顺反子（顺反子（cistron）基因（基因（gene），基因的同义词基因的同义词 在一个顺反子内，有

15、若干个突变单位在一个顺反子内，有若干个突变单位 突变子突变子(muton)在一个顺反子内，有若干个交换单位在一个顺反子内，有若干个交换单位 交换子交换子（recon）基因内可以较低频率发生基因内的重组和交换基因内可以较低频率发生基因内的重组和交换 cistron 概念的提出是对经典的基因概念的动摇概念的提出是对经典的基因概念的动摇 拟等位基因：基因内不同位点的突变体拟等位基因：基因内不同位点的突变体three in one one in one现在学习的是第23页，共40页Locus(loci)：基因座基因座 Site：位点位点 基因是基因是DNADNA分子上的一个区段（具有编码序列）分子上的

16、一个区段（具有编码序列）基因平均由基因平均由10001000个左右的碱基对组成，一个个左右的碱基对组成，一个DNADNA分子可以包分子可以包含几个乃至几千个基因含几个乃至几千个基因。基因不是最小的遗传单位，而是可基因不是最小的遗传单位，而是可再再分的分的；基因是最小的功能单位基因是最小的功能单位因因 此此：现在学习的是第24页，共40页 在同一基因座位中，在同一基因座位中，同同一突变位点向不同方向发生突变所形一突变位点向不同方向发生突变所形成的等位基因。成的等位基因。全同等位基因全同等位基因（homoallele）非全同等位基因非全同等位基因(heteroallele)在同一基因座位中，在同一

17、基因座位中，不同不同突变位点发生突变所形成的等位突变位点发生突变所形成的等位基因。基因。G全同全同A非全同非全同现在学习的是第25页，共40页基因的最终概念！基因的最终概念！基因的最新概念？基因的最新概念？GeneticsGenomicsFunctional genomics现在学习的是第26页，共40页现在学习的是第27页，共40页现在学习的是第28页，共40页 组蛋白基因组蛋白基因 不同物种中，基因不同物种中，基因的排列次序、转录方的排列次序、转录方向和间隔区都不同。向和间隔区都不同。现在学习的是第29页，共40页现在学习的是第30页，共40页外显子（外显子（exon），），外元外元 编码

18、的编码的DNA序列，即被表达的序列，即被表达的DNA区段区段内含子（内含子（intron），），内元内元 不编码的不编码的DNA序列序列Gilbert（1978年）提出内含子、外显子概念年）提出内含子、外显子概念现在学习的是第31页，共40页 从基因组上的一个位置转移到同一从基因组上的一个位置转移到同一条染色体或另一条染色体的另一个位置条染色体或另一条染色体的另一个位置，引起相应控制性状的改变。，引起相应控制性状的改变。现在学习的是第32页，共40页转座子的发现转座子的发现认为：一种控制基因在玉米基因组中移动的认为：一种控制基因在玉米基因组中移动的结果结果（McClintock B，Cold

19、Harboring Lab）1950年，发现玉米粒的颜色经常发生变化年，发现玉米粒的颜色经常发生变化现在学习的是第33页，共40页 控制基因插入到玉米染色体上编码色素的基因中，改变基因控制基因插入到玉米染色体上编码色素的基因中，改变基因表达活性，使玉米粒颜色发生变化。表达活性，使玉米粒颜色发生变化。基因的插入位置不断发生变化，沿着染色体移动，造基因的插入位置不断发生变化，沿着染色体移动，造成玉米粒的颜色成斑驳状。成玉米粒的颜色成斑驳状。Ac-Ds系统系统现在学习的是第34页，共40页玉米中的转座子玉米中的转座子 “可移动的控制因子可移动的控制因子”-解离因子（解离因子（dissociator，

20、Ds）它可以插入到它可以插入到C C 基因中基因中-转座。转座。另一个可移动的控制因子是激活因子（另一个可移动的控制因子是激活因子（activator，Ac），它的），它的存在可激活存在可激活 Ds 转座，进入转座，进入 C 基因或其他基因，也能使基因或其他基因，也能使Ds从基从基因中转出，使突变基因产生因中转出，使突变基因产生“回复突变回复突变”，这就是，这就是Ac-Ds系统系统 现在学习的是第35页，共40页现在学习的是第36页，共40页 核苷酸序列与编码某一蛋白质的基因相似，但不具功能核苷酸序列与编码某一蛋白质的基因相似，但不具功能，不能转录形成成熟，不能转录形成成熟mRNA或不能翻译出

21、功能蛋白质。或不能翻译出功能蛋白质。重复的假基因重复的假基因 已有基因在结构上发生较大变化而失去功能后形成已有基因在结构上发生较大变化而失去功能后形成现在学习的是第37页，共40页 加工的假基因加工的假基因 没有启动子和内含子，在没有启动子和内含子，在3端有一段延伸的短端有一段延伸的短A-T碱基对碱基对序列，似序列，似poly(A)尾巴尾巴。现在学习的是第38页，共40页 共同使用同一共同使用同一DNA序列，但编码两种不同蛋白质的基因。序列，但编码两种不同蛋白质的基因。一个基因的核苷酸序列完全在一个基因的核苷酸序列完全在另一个基因里面；另一个基因里面；两个基因之间的核苷酸有部分重叠两个基因之间的核苷酸有部分重叠现在学习的是第39页，共40页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第40页，共40页